低碳結(jié)構(gòu)鋼熱塑性成形過程的組織細化研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)鋼制構(gòu)件正朝著巨型化、高性能方向發(fā)展。而晶粒細化是唯一能同時提高鋼鐵材料強度和韌性的強化機制。因此，超細晶粒鋼研究已成為國際上高性能結(jié)構(gòu)材料研究領(lǐng)域中備受關(guān)注的熱點之一。本文結(jié)合國家自然科學基金課題“結(jié)構(gòu)鋼熱塑性成形過程中組織細化機理”，采用實驗研究和理論分析相結(jié)合的方法，對SPHC鋼在熱塑性成形過程中的奧氏體再結(jié)晶行為及應(yīng)變誘導鐵素體相變過程進行了系統(tǒng)研究。分析了熱變形工藝參數(shù)在組織細化中的作用，并

2、提出了低碳結(jié)構(gòu)鋼熱塑性成形過程中晶粒細化的數(shù)學模型，探討了組織細化的機理，為新一代超細晶鋼生產(chǎn)提供理論指導。論文的主要研究結(jié)果如下：
　　 采用單道次熱壓縮實驗，對SPHC鋼在熱塑性成形過程中的動態(tài)再結(jié)晶規(guī)律進行了研究。顯微組織分析表明：降低變形溫度和增加應(yīng)變速率，可以導致動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸的減小。通過分析動態(tài)再結(jié)晶的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，采用三次多項式擬合θ-σ和ln（θ）-ε曲線計算得到了發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的臨界條件的數(shù)學模型。計算得

3、到了動態(tài)再結(jié)晶激活能為299.4 kJ/mol。建立了SPHC鋼動態(tài)再結(jié)晶的動力學模型和晶粒尺寸模型。
　　 采用雙道次熱壓縮實驗，對SPHC鋼高溫變形后的靜態(tài)再結(jié)晶及亞動態(tài)再結(jié)晶規(guī)律進行了研究。研究表明：高的變形溫度、大應(yīng)變量、高應(yīng)變速率及細小的初始奧氏體晶粒都有利于靜態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生，靜態(tài)再結(jié)晶后的晶粒尺寸隨著應(yīng)變量的增大和初始晶粒尺寸的減小而減小。亞動態(tài)再結(jié)晶主要受應(yīng)變速率和變形溫度的影響，隨著應(yīng)變速率的增大，亞動態(tài)再結(jié)晶過

4、程加快，亞動態(tài)再結(jié)晶的晶粒尺寸減?。浑S著變形溫度的降低，亞動態(tài)再結(jié)晶進行變得困難，而亞動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸減小。計算得到了SPHC鋼的靜態(tài)再結(jié)晶激活能和亞動態(tài)再結(jié)晶激活能分別為284-.1kJ/tool、195.6 kJ/mol，建立了各自的再結(jié)晶動力學模型和晶粒尺寸模型。
　　 在Gleeble1500型熱模擬機上通過不同的實驗工藝，研究了熱變形工藝參數(shù)對應(yīng)變誘導鐵素體相變的影響規(guī)律。結(jié)果表明：隨著應(yīng)變量的增大和變形溫度的降低，

5、應(yīng)變誘導相變產(chǎn)生的鐵素體數(shù)量增多、晶粒尺寸細化；隨著應(yīng)變速率的增大，鐵素體數(shù)量和晶粒尺寸都減??；鐵素體晶粒的數(shù)量隨初始奧氏體晶粒尺寸的減小而增加。應(yīng)變誘導鐵索體相變機制為擴散相變機制。
　　 在引入一套計算奧氏體變形儲存能的方法基礎(chǔ)上，以超組元模型為熱力學基礎(chǔ)，利用修正的KRC模型，開發(fā)了多組元結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)變誘導鐵素體相變熱力學計算模型，并分析了變形儲存能對應(yīng)變誘導鐵索體相變熱力學的影響。計算表明：奧氏體的變形儲存能隨著變形溫度的

6、降低和應(yīng)變速率的升高而增加；應(yīng)變誘導鐵素體相變的驅(qū)動力隨著變形儲存能的增加而升高，其影響效果與溫度范圍有關(guān)，越靠近Ae3溫度，影響效果就越明顯；應(yīng)變誘導鐵素體相變平衡溫度Ae3隨著變形儲存能的增加，即溫度的降低或應(yīng)變速率的提高而升高。
　　 本文首次通過分析應(yīng)變誘導鐵素體相變的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，采用三次多項式擬合θ-σ和ln（θ）-ε曲線計算得到了發(fā)生應(yīng)變誘導鐵素體相變的臨界條件的數(shù)學模型。
　　 通過實驗分析，本文認為應(yīng)